JP2024507430A - バッテリ保護装置及びそのバッテリ保護装置の制御方法 - Google Patents

バッテリ保護装置及びそのバッテリ保護装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、バッテリシステムと線路間に配置され、ゲート端子に印加される電圧に応じて、前記バッテリシステムと線路を電気的に接続又は絶縁する半導体スイッチを有する半導体回路遮断器と、前記半導体回路遮断器と線路を物理的に接続又は分離する遮断スイッチと、前記バッテリシステムと線路間に流れる電流を検知した結果に応じて、前記ゲート電圧を印加するゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁すると共に、前記遮断スイッチを制御し、前記半導体回路遮断器を物理的に前記線路から分離するラックバッテリ管理システムとを含むことを特徴とする。

Description

本発明は、バッテリ保護装置（Battery Protection Unit, 以下、ＢＰＵという）に関する。
一般に、バッテリ保護装置（ＢＰＵ）は、エネルギー貯蔵システム（Energy storage System, ESS）などにおいて用いられるバッテリシステムを保護する装置であり、ラック（Rack）又はモジュール（module）単位に形成されたバッテリシステムと、前記バッテリシステムを保護するラックバッテリ管理システム（Rack Battery Management System, RBMS）とからなる。
前記ラックバッテリ管理システムは、前記バッテリシステムの充電／放電モードの切り替えを管理し、前記バッテリシステムの保護のために、電圧、電流、温度モニタなどを行う。また、モニタの結果に応じて、前記バッテリシステムから出力される電流や、バッテリシステムに流入する電流を遮断することにより、電力変換装置（Power Conditioning System, PCS）の故障時にバッテリシステムから流入する短絡電流から負荷を保護することもでき、前記電力変換装置（ＰＣＳ）とバッテリシステム間の線路において発生した事故により流入する短絡や地絡などの事故電流からバッテリシステムを保護することもできる。このような遮断機能のために、前記バッテリ保護装置は、過電流が検出されると電路を開放（open）して線路を遮断する配線用遮断器（Molded Case Circuit Breaker, MCCB）、及び過電流の発生する熱により溶断されてバッテリシステムを線路から絶縁させるヒューズ（Fuse）を備える。また、前記配線用遮断器とヒューズは、負荷が接続された前記線路とバッテリシステム間に配置され、前記バッテリシステム又は線路において発生した過電流が負荷又は前記バッテリシステムに流入することを防止する。
図１はこのようにバッテリシステムと線路間に配線用遮断器とヒューズが配置される通常のバッテリ保護装置１００の構造を示す図である。
図１に示すように、通常のバッテリ保護装置１００は、複数のバッテリ又はセル（cell）がラック（Rack）の形態に積層されたバッテリラック１１１を備えるバッテリシステム１１０と、負荷が接続された線路（ＤＣリンクプラス端（DC link +）１９０，ＤＣリンクマイナス端（DC link -）１９１）が接続される。ここで、バッテリラック１１１のプラス端（＋）とＤＣリンクプラス端１９０は、第１ヒューズ１２１及び第１ＭＣＣＢ １３１を介して接続され、バッテリシステム１１１のマイナス端（－）とＤＣリンクマイナス端１９１は、第２ヒューズ１２２及び第２ＭＣＣＢ １３２を介して接続される。
また、第１ＭＣＣＢ １３１とＤＣリンクプラス端１９０間には、プリチャージリレー（Pre charge relay）１５０が備えられる。プリチャージリレー１５０は、互いに並列に接続された複数の第１接触器（main Contactor）１５１、１５２を含み、いずれかの第１接触器１５２は、所定サイズの抵抗１５３に接続され、負荷又はバッテリの初期接続時に発生する突入電流を抑制するバイパス電路を形成する。また、第２ＭＣＣＢ １３２とＤＣリンクマイナス端１９１間には、第２接触器１６０が備えられる。さらに、第１ＭＣＣＢ １３１及び第２ＭＣＣＢ １３２は、不足電圧トリップコイル（Under Voltage Tripcoil, UVT）１４０をさらに含み、動作電圧（例えば、定格電圧）以下の電圧ではトリップ状態が維持されるように形成される。
さらに、プリチャージリレー１５０とＤＣリンクプラス端１９０間には、電流計１８０が備えられる。さらに、電流計１８０で検知された、バッテリシステム１００と線路（ＤＣリンクプラス端（DC link +）１９０）間の電流に応じて第１ＭＣＣＢ １３１、第２ＭＣＣＢ １３２、複数の第１接触器１５１、１５２及び第２接触器１６０を制御するＲＢＭＳ １７０を備える。
このように形成された通常のバッテリ保護装置１００においては、短絡電流、事故電流などの過電流が発生すると、過電流の流入に伴って発生する熱によりヒューズ１２１、１２２が溶断され、バッテリシステム１１１又は線路に接続された負荷に対する一次的な保護が行われる。また、二次的に、ＲＢＭＳ１７０の制御により、第１ＭＣＣＢ １３１及び第２ＭＣＣＢ １３２が電路を開放し、負荷とバッテリ間の線路接続が遮断されることにより、バッテリシステム１１１又は負荷に対する二次的な保護が行われる。
しかし、前述したＭＣＣＢなどは、機械的スイッチであるので、線路を遮断するのに要する時間が長いという問題がある。また、ヒューズにおいては、完全に溶断されるまで線路が接続された状態が維持されるという問題がある。よって、通常のバッテリ保護装置１００は、短絡電流又は事故電流の発生時に、前記ＭＣＣＢが線路を完全に遮断する前にヒューズが完全に溶断されないと、バッテリシステム１１１において発生した短絡電流が線路を介して負荷に流入する可能性や、線路の事故により発生した事故電流がバッテリシステム１１１に流入する可能性があるという問題がある。また、このような短絡電流又は事故電流は、バッテリシステム１１１又は線路に接続された負荷の損傷を招くという問題がある。
それだけでなく、前記ヒューズは、溶断によりバッテリシステム１１１と線路の接続を遮断するものであり、短絡電流又は事故電流（以下、まとめて事故電流という）によりヒューズが溶断された場合、それを交換しなければ、バッテリシステム１１１と線路の接続を復旧することができない。よって、線路における事故が収拾され、線路から流入する電流の状態が回復しても、バッテリシステム１１１と線路の接続が自動で回復するわけではないので、バッテリ保護装置１００の遮断動作が行われる度にヒューズ交換のためのユーザの手作業が必要になるという問題がある。
本発明は、上記問題及び他の問題を解決するためになされたものであり、バッテリの短絡又は線路の事故により発生する事故電流がヒューズの完全溶断以前に負荷又はバッテリに流入することを防止するバッテリ保護装置及びそのバッテリ保護装置の制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、バッテリの短絡又は線路の事故により発生する事故電流がもたらすヒューズの焼損を防止し、ヒューズ交換のためのユーザの手作業を伴うことなく、電流の状態が回復すると、バッテリシステムと線路の接続が自動で回復するようにするバッテリ保護装置及びそのバッテリ保護装置の制御方法を提供することを目的する。
上記目的又は他の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置は、バッテリシステムと線路間に配置され、ゲート端子に印加される電圧に応じて、前記バッテリシステムと線路を電気的に接続又は絶縁する半導体スイッチを有する半導体回路遮断器と、前記半導体回路遮断器と線路を物理的に接続又は分離する遮断スイッチと、前記バッテリシステムが前記線路に接続されると、前記バッテリシステムと線路間に流れる電流を検知した結果に応じて、前記ゲート電圧を印加するゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁すると共に、前記遮断スイッチを制御し、前記半導体回路遮断器を物理的に前記線路から分離するラックバッテリ管理システム（Rack Battery Management System, RBMS）とを含むことを特徴とする。
一実施形態において、前記半導体回路遮断器は、前記バッテリシステムから前記線路への電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第１半導体スイッチと、前記第１半導体スイッチと直列に接続され、前記線路から前記バッテリシステムへの電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第２半導体スイッチと、前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第１半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第１ゲートドライバと、前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第２半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第２ゲートドライバとを含み、前記ラックバッテリ管理システムは、前記半導体回路遮断器を介して前記バッテリシステムが前記線路に物理的に接続されると、所定電圧を有するゲート電圧を印加するように前記第１及び第２ゲートドライバの少なくとも１つを制御し、前記バッテリシステムと線路を電気的に接続することを特徴とする。
一実施形態において、前記ラックバッテリ管理システムは、前記バッテリシステムから電流が出力される放電モード、又は前記線路から前記バッテリシステムへ電流が供給される充電モードのいずれかで動作するように前記バッテリシステムを制御し、前記電流検知結果に応じて、前記所定電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第１及び第２ゲートドライバのいずれかのゲートドライバを制御し、前記電流検知結果に応じてゲート電圧が制御されるいずれかのゲートドライバは、前記バッテリシステムの動作モードによって異なることを特徴とする。
一実施形態において、前記ラックバッテリ管理システムは、前記バッテリシステムが放電モードであれば、前記所定電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第１ゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムが充電モードであれば、前記所定電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第２ゲートドライバを制御することを特徴とする。
一実施形態において、前記第１及び第２半導体スイッチは、ソース（source）端子とドレイン（drain）端子が互いに逆方向に配置されるＮ ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ素子からなり、前記Ｎ ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ素子の電流の流れとは逆方向に配置されるダイオードをそれぞれ含むことを特徴とする。
一実施形態において、前記半導体回路遮断器は、前記バッテリシステムと線路間に流れる電流を検知する電流センサを含み、前記電流センサは、巨大磁気抵抗素子（Giant MagnetoResistance, GMR）を用いるＧＭＲセンサであることを特徴とする。
一実施形態において、前記バッテリシステムのプラス端（＋）及びマイナス端（－）は、それぞれヒューズを経由して前記半導体スイッチに接続されることを特徴とする。
一実施形態において、前記所定電圧は、前記第１半導体スイッチ又は第２半導体スイッチの入力端と出力端を導通させる閾値電圧であることを特徴とする。
上記目的又は他の目的を達成するために、本発明の他の態様によれば、本発明の実施形態によりバッテリシステムと線路を接続する半導体回路遮断器を含むバッテリ保護装置の制御方法において、前記バッテリ保護装置のラックバッテリ管理システムが前記半導体回路遮断器と線路間に配置される遮断スイッチを制御し、前記バッテリシステムと前記線路を物理的に接続するステップと、前記ラックバッテリ管理システムが前記半導体回路遮断器に備えられる半導体スイッチを制御し、前記バッテリシステムと前記線路を電気的に接続するステップと、前記ラックバッテリ管理システムが前記バッテリシステムと線路間に流れる電流から所定の大きさ以上の過電流を検出するステップと、前記ラックバッテリ管理システムが前記検出の結果に応じて前記半導体スイッチにゲート電圧を印加するゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁するステップと、前記ラックバッテリ管理システムが前記遮断スイッチを制御し、前記半導体回路遮断器を物理的に前記線路から分離するステップとを含むことを特徴とする。
一実施形態において、前記半導体回路遮断器は、前記バッテリシステムから前記線路への電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第１半導体スイッチと、前記第１半導体スイッチと直列に接続され、前記線路から前記バッテリシステムへの電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第２半導体スイッチと、前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第１半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第１ゲートドライバと、前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第２半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第２ゲートドライバとを含むことを特徴とする。
一実施形態において、前記バッテリシステムと前記線路を電気的に接続するステップは、前記バッテリシステムを放電モード又は充電モードのいずれかの動作モードで駆動するステップと、前記バッテリシステムの動作モードに応じて、所定の閾値電圧以上のゲート電圧を印加するように、前記第１及び第２ゲートドライバの少なくとも１つを制御するステップとを含むことを特徴とする。
一実施形態において、前記ゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁するステップは、前記バッテリシステムの動作モードに応じて、所定の閾値電圧未満のゲート電圧を印加するように、異なるゲートドライバを制御するステップであることを特徴とする。
一実施形態において、前記バッテリシステムの動作モードに応じて、異なるゲートドライバを制御するステップは、前記バッテリシステムが放電モードで駆動する場合、前記閾値電圧未満のゲート電圧を印加するように、前記第１ゲートドライバを制御するステップであり、前記バッテリシステムが充電モードで駆動する場合、前記閾値電圧未満のゲート電圧を印加するように、前記第２ゲートドライバを制御するステップであることを特徴とする。
一実施形態において、前記ゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁するステップは、前記第１ゲートドライバと前記第２ゲートドライバの両方を制御し、所定の閾値電圧未満のゲート電圧を印加するようにするステップであることを特徴とする。
一実施形態において、前記半導体回路遮断器は、巨大磁気抵抗素子（Giant MagnetoResistance, GMR）を用いるＧＭＲセンサを電流センサとして含み、前記過電流を検出するステップは、前記ＧＭＲセンサにより前記バッテリシステムと線路間に流れる電流から前記過電流を検出するステップであることを特徴とする。
以下、本発明によるバッテリ保護装置及び前記バッテリ保護装置の制御方法の効果について説明する。
本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、本発明は、バッテリシステムと線路を半導体スイッチにより接続するので、事故電流の検出後に線路接続が遮断される時間を大幅に短縮することができる。よって、本発明は、事故電流の流入による負荷又はバッテリの損傷を防止することができるという効果がある。
また、本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、本発明は、バッテリシステムと線路を半導体スイッチにより接続するので、事故電流発生時に、ヒューズが溶断される前に、バッテリシステムと線路を絶縁することができる。よって、ヒューズ交換を伴うことなく、電流の状態が回復すると、バッテリシステムと線路の接続が自動で回復するという効果がある。
通常のバッテリ保護装置の構造を示す回路図である。 本発明の実施形態において半導体スイッチによりバッテリシステムと線路が接続されるバッテリ保護装置の構造を示す回路図である。 図２のバッテリ保護装置においてバッテリシステムと線路を接続する半導体スイッチの構造を示す回路図である。 本発明の実施形態によるバッテリ保護装置に備えられるＧＭＲセンサの過電流検知性能を示すグラフである。 本発明の実施形態によるバッテリ保護装置に備えられるＲＢＭＳの動作過程を示すフローチャートである。
本明細書において用いる技術的用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いるものであり、本発明を限定するものではない。また、本明細書において用いる単数表現には、特に断らない限り複数表現が含まれる。以下の説明において用いる構成要素に対する接尾辞である「モジュール」及び「部」は、明細書の作成を容易にするために付与又は混用されるものであり、それ自体が有意性や有用性を有するものではない。
本明細書における「構成される」、「含む」などは、本明細書における様々な構成要素又はステップの全てを必ず含むものと解されてはならず、それらのうち一部の構成要素又はステップは含まないこともあり、さらなる構成要素又はステップを含むこともあるものと解されるべきである。
また、本明細書に開示される技術について説明するにあたり、関連する公知技術についての具体的な説明が本明細書に開示される技術の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
さらに、添付図面は本明細書に開示される実施形態を容易に理解できるようにするためのものにすぎず、添付図面により本明細書に開示される技術的思想が限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲におけるあらゆる変更、均等物又は代替物が含まれるものと解されるべきである。さらに、以下に説明される各実施形態だけでなく、それらの組み合わせも、本発明の思想及び技術範囲における変更、均等物又は代替物として本発明の思想及び技術範囲に含まれることは言うまでもない。
まず、本発明の完全な理解を助けるために、本発明の基本原理について説明する。本発明は、従来のＭＣＣＢのように回路遮断に比較的長時間を必要とする配線用遮断器に代えて、高速のスイッチング周波数を有する電力用半導体からなる半導体スイッチを含み、高速の回路遮断が可能な半導体回路遮断器（Solid State Circuit Breaker, SSCB）を用いて、バッテリシステム１１０と線路（DC link +(190), DC link -(191)）を接続することにより、バッテリシステム１１１又は線路において事故が発生した場合に、より短時間でバッテリシステム１１０と線路（DC link +(190), DC link -(191)）の接続が遮断される。よって、事故電流によるバッテリシステム１１０又は線路に接続された負荷の焼損を防止することができ、バッテリシステム１１０に接続されたヒューズが溶断される前に回路を遮断するので、前記ヒューズが溶断されることを防止することができる。
図２はこのような本発明の実施形態において半導体スイッチによりバッテリシステムと線路が接続されるバッテリ保護装置２００の構造を示す回路図である。
図２に示すように、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００は、複数のバッテリ又はセル（cell）がラック（Rack）の形態に積層されたバッテリラック１１１を備えるバッテリシステム１１０と、負荷が接続された線路（ＤＣリンクプラス端（DC link +）１９０，ＤＣリンクマイナス端（DC link -）１９１）が、半導体スイッチを含む回路遮断器、すなわち半導体回路遮断器（ＳＳＣＢ）２２０を介して接続される。
ここで、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）及びマイナス端（－）は、それぞれ半導体回路遮断器２２０に接続され、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）と半導体回路遮断器２２０は、第１ヒューズ１２１を介して接続され、バッテリシステム１１０のマイナス端（－）と半導体回路遮断器２２０は、第２ヒューズ１２２を介して接続される。
第１ヒューズ１２１及び第２ヒューズ１２２は、過電流流入時に溶断によりバッテリシステム１１０を保護するものであり、半導体回路遮断器２２０の故障や異常動作などの例外的状況でバッテリシステム１１１を保護するものである。
一方、ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０及びＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１は、それぞれ半導体回路遮断器２２０に接続される。ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０は、半導体回路遮断器２２０を介してバッテリシステム１１０のプラス端（＋）に接続される。また、ＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１は、半導体回路遮断器２２０を介してバッテリシステム１１０のマイナス端（－）に接続される。ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０と半導体回路遮断器２２０は、第１遮断スイッチ２３１により接続され、ＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１と半導体回路遮断器２２０は、第２遮断スイッチ２３２により接続される。
第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２は、線路（ＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０，ＤＣ ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１）と半導体回路遮断器２２０の接続を物理的に遮断するスイッチである。
第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２は、機械的スイッチであって、回路遮断に比較的長時間を必要とするが、物理的に前記線路とバッテリシステム１１０の接続を遮断するスイッチであり、事故電流が検出された場合に、高速のスイッチング速度を有する半導体回路遮断器２２０の半導体スイッチ部が一次的に線路とバッテリシステム１１０の電気的接続を遮断した後で、二次的に物理的接続を遮断することにより、より安全にバッテリシステム１１０及び負荷を焼損から保護するものである。
一方、バッテリ保護装置２００の制御部の役割を果たすラックバッテリ管理システム（Rack Battery Management System, 以下、ＲＢＭＳという）２１０は、バッテリシステム１１０の充電／放電モードの切り替えを管理し、バッテリシステム１１０の保護のために、電圧、電流、温度モニタなどを行う。
また、モニタの結果に応じて、バッテリシステム１１０から出力される電流や、バッテリシステム１１０に流入する電流を遮断するために、半導体回路遮断器２２０を制御する。すなわち、ＲＢＭＳ ２１０は、半導体回路遮断器２２０を制御し、線路（ＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０，ＤＣ ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１）からバッテリシステム１１０に流入する電流、及びバッテリシステム１１０から前記線路に出力される電流を検知し、電流検知結果に基づいて、事故電流が発生したか否かを判別する。
また、判別結果に応じて、半導体回路遮断器２２０の半導体スイッチ部を制御し、線路とバッテリシステム１１０の電気的接続を遮断し、次に第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２を制御し、バッテリシステム１１０を前記線路から物理的に分離する。
さらに、ＲＢＭＳ ２１０は、バッテリ保護装置２００の内部の冷却のためのＢＰＵファン２９２とバッテリシステム１１０の冷却のためのモジュールファン２９１の駆動をオン／オフにするファンスイッチ２９０を制御し、ＢＰＵファン２９２とモジュールファン２９１が駆動されてからは、ＢＰＵファン２９２とモジュールファン２９１の回転速度（例えば、ＲＰＭ（Rotate Per Minute））などを制御する。
このようなＲＢＭＳ ２１０の駆動のために、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００は、外部電源からＲＢＭＳ ２１０及び半導体回路遮断器２２０の駆動のための電力（例えば、ＳＳＣＢ／ＲＢＭＳ ＰＯＷＥＲ ２４Ｖ）が供給され、前記外部電源からＢＰＵファン２９２及びモジュールファン２９１の駆動のための駆動電力（例えば、ＦＡＮ ＰＯＷＥＲ ２４Ｖ）が供給されるように形成される。
一方、前述したように、ＲＢＭＳ ２１０は、半導体回路遮断器２２０の全般的な動作を制御する。よって、ＲＢＭＳ ２１０は、半導体回路遮断器２２０の制御部であってもよく、その場合、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００の制御部が半導体回路遮断器２２０の制御部の機能を兼ねることになる。
以下、図３を参照して、このようにバッテリ保護装置２００の制御部が半導体回路遮断器２２０の制御部の機能を行う本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００の構造について説明する。
図３に示すように、本発明の実施形態による半導体回路遮断器２２０は、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０，ＤＣ ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１）間に、ターンオン（turn on）／ターンオフ（turn off）を可能にし、互いに直列に接続される第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２を有する半導体スイッチ部３１０と、第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２と、第１ゲートドライバ３４１及び第２ゲートドライバ３４２と、過電圧抑制部３３０と、電流センサ３５０と、ＲＢＭＳ ２１０とが備えられる。
通常、バッテリ放電時には、バッテリシステム１１０から線路への電流の流れが形成される。それに対して、バッテリ充電時には、線路からバッテリシステム１１０への電流の流れが形成される。よって、半導体回路遮断器２２０は、バッテリシステム１１０から線路への電流の流れだけでなく、線路からバッテリシステム１１０への電流の流れも全て遮断できるように形成される。
このような双方向遮断のために、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２は、図３に示すように、ソース（source）とドレイン（drain）が互いに逆方向に配置される。ここで、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２は、Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ素子からなる半導体スイッチである。
第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２は、事故電流による回路遮断時の逆電圧によるＭＯＳＦＥＴ素子の損傷を防ぐために、電流の流れとは逆方向に配置される第１ダイオード３２１及び第２ダイオード３２２をさらに含む。その場合、ＭＯＳＦＥＴ素子３１１、３１２のそれぞれのソース端子とドレイン端子に、第１ダイオード３２１及び第２ダイオード３２２のそれぞれのアノードとカソードが接続される。
よって、第１ダイオード３２１は、第１半導体スイッチ３１１のＭＯＳＦＥＴ素子と並列に接続され、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）からＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０へ流れる電流とは逆方向に配置される。また、第２ダイオード３２２は、第２半導体スイッチ３１２のＭＯＳＦＥＴ素子と並列に接続され、ＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０からバッテリシステム１１０のプラス端（＋）へ流れる電流とは逆方向に配置される。
このように、本発明の実施形態による半導体回路遮断器２２０は、相補対称の形態に構成される第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２を備え、双方向に流れる事故電流を全て遮断できるように形成される。
一方、過電圧抑制部３３０は、半導体回路遮断器２２０が事故電流により回路を遮断する際に、残留電流により半導体スイッチ部３１０の両端に過電圧が形成されることを防止する。
過電圧抑制部３３０は、スナバ（snubber）回路又は過電圧抑制のための素子、例えばＴＶＳ（Transient Voltage Suppressor）素子を含んでもよい。あるいは、過電圧抑制部３３０は、少なくとも１つのダイオード及び抵抗で形成され、半導体スイッチ部３１０の両端にそれぞれ接続されるフリーホイール（free wheeling）回路を含んでもよい。
また、電流センサ３５０は、半導体回路遮断器２２０に流入する電流、又は半導体回路遮断器２２０を介して出力される電流の大きさを検知する。さらに、電流の大きさを検知した結果、所定の大きさを越える過電流が検出されると、半導体回路遮断器２２０の制御部の役割を果たすＲＢＭＳ ２１０に過電流発生を通知する信号を送信する。
一方、電流センサ３５０は、半導体スイッチ部３１０とＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０間に配置され、半導体スイッチ部３１０から線路を介して負荷に出力されるバッテリシステム１１０の出力電流の大きさを測定するようにしてもよい。あるいは、電流センサ３５０は、バッテリシステム１１０の充電のためにＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０から流入する入力電流の大きさを測定するようにしてもよい。
また、電流センサ３５０は、前記出力電流及び入力電流の大きさを測定するために、半導体スイッチ部３１０とＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０間だけでなく、バッテリシステム１１０のマイナス端（－）（又はバッテリシステム１１０のマイナス端（－）に接続された第２ヒューズ１２２）とＤＣ ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１間に配置されてもよい。
さらに、第１ゲートドライバ３４１及び第２ゲートドライバ３４２は、ＲＢＭＳ ２１０の制御により、半導体スイッチ部３１０を構成する第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２のゲート端子にそれぞれゲート電圧を印加する。その場合、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２のそれぞれの閾値電圧を越えるゲート電圧が印加されると、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２の出力端の抵抗の大きさが入力端より小さくなるので、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２の入力端と出力端が導通し、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）とＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０が電気的に接続される。
それに対して、第１ゲートドライバ３４１及び第２ゲートドライバ３４２が所定の閾値電圧より低いゲート電圧を第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２のゲート端子に印加するか、又はゲート電圧を印加しない場合、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２の出力端の抵抗の大きさは、入力端の抵抗と同等であるか、又は入力端の抵抗より大きい。
よって、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２の入力端と出力端が導通せず、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）とＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０が電気的に分離（絶縁）され、接続が遮断される。
一方、ＲＢＭＳ ２１０は、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００の全般的な動作を制御する。例えば、ＲＢＭＳ ２１０は、バッテリシステム１１０の充電／放電モードの切り替えを管理すると共に、半導体回路遮断器２２０を制御し、バッテリシステム１１０と線路を電気的かつ物理的に接続する。
より詳細には、ＲＢＭＳ ２１０は、まず、第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２を制御し、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０）を物理的に接続する。次に、ＲＢＭＳ ２１０は、各半導体スイッチ３１１、３１２のゲート端子に所定の閾値電圧より大きい電圧を印加するように、各ゲートドライバ３４１、３４２を制御する。
そうすると、印加されるゲート電圧により、各半導体スイッチ３１１、３１２の出力端の抵抗の大きさが小さくなるので、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０）が半導体スイッチ３１１、３１２の少なくとも１つにより電気的に接続される。
このように、バッテリシステム１１０と線路が物理的、電気的に接続されると、ＲＢＭＳ ２１０は、バッテリシステム１１０の保護のために、電流センサ３５０による電流モニタを行う。
また、モニタの結果、バッテリシステム１１０から事故電流が出力されるか、又は線路から事故電流が流入すると、ＲＢＭＳ ２１０は、各半導体スイッチ３１１、３１２のゲート端子に所定の閾値電圧より低い電圧を印加するか、又はゲート電圧を印加しないように、各ゲートドライバ３４１、３４２を制御する。
そうすると、各半導体スイッチ３１１、３１２の出力端の抵抗の大きさが入力端の抵抗の大きさより大きくなり、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０）は、電気的に接続が遮断される。
また、バッテリシステム１１０と線路の電気的接続が遮断されると、ＲＢＭＳ ２１０は、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０）が物理的に分離されるように、第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２を制御する。よって、前記電流モニタの結果、事故電流が検出されると、バッテリシステム１１０と線路が電気的かつ物理的に遮断される。
一方、前記電気的な遮断は、各半導体スイッチ３１１、３１２のゲート端子に印加されるゲート電圧を調節することにより行われる。よって、事故電流発生時に、非常に短時間でバッテリシステム１１０と線路の接続が遮断される。
こうすることにより、半導体回路遮断器２２０とバッテリシステム１１０のプラス端（＋）間、及び半導体回路遮断器２２０とバッテリシステム１１０のマイナス端（－）間に配置されるヒューズ（第１ヒューズ１２１，第２ヒューズ１２２）が前記事故電流により溶断される前に、バッテリシステム１１０と線路の接続が遮断される。
よって、第１ヒューズ１２１及び第２ヒューズ１２２が保護され、事故電流によりバッテリシステム１１０と線路の接続が遮断されても、半導体回路遮断器２２０とバッテリシステム１１０のプラス端（＋）、及び半導体回路遮断器２２０とバッテリシステム１１０のマイナス端（－）が接続された状態が維持される。
よって、線路又はバッテリシステム１１０における事故が収拾され、バッテリシステム１１０と線路間に流れる電流が回復すると、ＲＢＭＳ ２１０が半導体回路遮断器２２０のゲートドライバ３４１、３４２、第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２を制御し、バッテリシステム１１１と線路を再び接続することにより、バッテリシステム１１１と線路（ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０，ＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１）の接続が自動で回復する。
一方、電流センサ３５０は、巨大磁気抵抗素子（Giant MagnetoResistance, GMR）を用いるＧＭＲセンサである。前記ＧＭＲセンサは、強磁性薄膜と非磁性金属薄膜で構成される多層薄膜構造において数十％（約７０％）の磁気抵抗変化が起こる現象を用いたセンサであり、ホール（hole）センサよりサイズが小さく、またホールセンサと同様に非接触で電流の大きさを検出することができる。
一方、ＧＭＲセンサは、大きな磁気抵抗変化率を有するので、過電流を検出するのに要する時間を大幅に短縮できるという利点がある。図４はＧＭＲセンサの過電流検知性能を示すグラフである。
図４に示すように、ＧＭＲセンサにおいては、過電流検出に要する時間が１．５であり、非常に短いことが分かる。このように、ＧＭＲセンサは、過電流を検出する時間が非常に短いので、ホールセンサに比べて、より優れた電流検出性能を有する。それだけでなく、ホールセンサと同様に、非接触で電流を測定することができるので、線路によるノイズ（noise）の影響を低減できるという利点がある。
一方、前述したように、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００は、従来のＭＣＣＢなどの機械式配線用遮断器に代えて、ＭＯＳＦＥＴなどの電力用半導体を備える半導体回路遮断器２２０を用いることにより、バッテリシステム１１０と線路の回路接続を制御することができる。よって、本発明の実施形態によるバッテリ保護装置２００の制御部、すなわちＲＢＭＳ ２１０は、半導体回路遮断器２２０の制御機能を行うことができる。
図５はこのような本発明の実施形態によるバッテリ保護装置に備えられるＲＢＭＳ ２１０が半導体回路遮断器２２０を制御する動作過程を示すフローチャートである。
図５に示すように、本発明の実施形態によるＲＢＭＳ ２１０は、電力変換装置（ＰＣＳ）などの駆動により、バッテリシステム１１０を放電モード又は充電モードで駆動する。
そうすると、ＲＢＭＳ ２１０は、まず、第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２を制御し、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０，ＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１）を物理的に接続する（Ｓ５００）。
次に、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２の少なくとも１つのゲート端子に所定の閾値電圧以上のゲート電圧が印加されるように、第１ゲートドライバ３４１と第２ゲートドライバ３４２の少なくとも１つを制御する（Ｓ５０２）。
こうすることにより、バッテリシステム１１０と線路（ＤＣ ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０，ＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１）が物理的だけでなく、電気的にも接続されるので、バッテリシステム１１０から出力される電流が前記線路を介して負荷に供給されるか（放電モードで動作する場合）、又は前記線路を介して流入する電流がバッテリシステム１１０に入力され、バッテリラック１１１を形成するバッテリの充電が行われる（充電モードで動作する場合）。
一方、ステップＳ５００及びステップＳ５０２でバッテリシステム１１０と線路が接続されると、ＲＢＭＳ ２１０は、電流センサ３５０を介してバッテリシステム１１０から所定の定格電流の大きさを超える過電流が出力されるか否か、又は線路から前記定格電流の大きさを超える過電流が流入するか否かを検出する。
すなわち、ＲＢＭＳ ２１０は、電流センサ３５０により、現在接続されているバッテリシステム１１０と線路間に流れる電流が過電流であるか否かを検出する（Ｓ５０４）。
前記検出の結果、過電流が検出されなければ、ＲＢＭＳ ２１０は、現在のバッテリシステム１１０と線路が接続されている状態をそのまま維持し、かつ過電流を検出する状態をそのまま維持する。
それに対して、過電流が検出されると、ＲＢＭＳ ２１０は、第１ゲートドライバ３４１と第２ゲートドライバ３４２の少なくとも１つを制御し、第１半導体スイッチ３１１及び第２半導体スイッチ３１２の少なくとも１つのゲート端子に所定の閾値電圧未満のゲート電圧を印加するか、又はゲート電圧を印加しない（Ｓ５０６）。
ここで、ＲＢＭＳ ２１０は、第１ゲートドライバ３４１と第２ゲートドライバ３４２の両方が前記閾値電圧未満のゲート電圧を印加するか、又はゲート電圧を印加しないように制御してもよい。
あるいは、ＲＢＭＳ ２１０は、現在のバッテリ保護装置２００の駆動モードに応じて、第１ゲートドライバ３４１と第２ゲートドライバ３４２のいずれか一方のみ前記閾値電圧未満のゲート電圧を印加するか、又はゲート電圧を印加しないように制御してもよい。
例えば、現在、バッテリ保護装置２００が放電モードで動作している場合、ＲＢＭＳ ２１０は、第１ゲートドライバ３４１のみ制御する。ここで、第２半導体スイッチ３１２のゲート端子には依然として閾値電圧以上のゲート電圧が印加されるので、第２半導体スイッチ３１２の入力端と出力端が電気的に導通した状態が維持される。
それに対して、第１半導体スイッチ３１１のゲート端子には閾値電圧未満のゲート電圧が印加されるか、ゲート電圧が印加されないので、第１半導体スイッチ３１１の入力端と出力端は、電気的に絶縁される。
一方、第１半導体スイッチ３１１のソース端子とドレイン端子間には、第１ダイオード３２１がバッテリシステム１１０のプラス端（＋）からＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０への電流の流れとは逆方向に配置される。
よって、回路遮断時に第１半導体スイッチ３１１のドレイン端子からソース端子へ電流が流れることが防止される。こうすることにより、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）とＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０が電気的に絶縁される。
一方、現在、バッテリ保護装置２００が充電モードで動作している場合、ＲＢＭＳ ２１０は、第２ゲートドライバ３４２のみ制御する。ここで、第１半導体スイッチ３１１のゲート端子には依然として閾値電圧以上のゲート電圧が印加されるので、第１半導体スイッチ３１１の入力端と出力端が電気的に導通した状態が維持される。
それに対して、第２半導体スイッチ３１２のゲート端子には閾値電圧未満のゲート電圧が印加されるか、ゲート電圧が印加されないので、第２半導体スイッチ３１２の入力端と出力端は、電気的に絶縁される。
一方、第２半導体スイッチ３１２のソース端子とドレイン端子間には、第２ダイオード３２２がＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０からバッテリシステム１１０のプラス端（＋）への電流の流れとは逆方向に配置される。
よって、回路遮断時に第２半導体スイッチ３１２のドレイン端子からソース端子へ電流が流れることが防止される。こうすることにより、ＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０とバッテリシステム１１０のプラス端（＋）が電気的に絶縁される。
一方、ステップＳ５０６で少なくとも１つのゲートドライバを制御し、バッテリシステム１１０と線路が電気的に絶縁されると、ＲＢＭＳ ２１０は、第１遮断スイッチ２３１及び第２遮断スイッチ２３２を制御し、バッテリシステム１１０のプラス端（＋）とＤＣ Ｌｉｎｋプラス端（＋）１９０、及びバッテリシステム１１０のマイナス端（－）とＤＣ Ｌｉｎｋマイナス端（－）１９１を物理的に絶縁する（Ｓ５０８）。
こうすることにより、バッテリシステム１１０又は線路から過電流、すなわち事故電流が発生しても、ＲＢＭＳ ２１０の制御により、半導体回路遮断器２２０は、バッテリシステム１１０を線路から電気的及び物理的に遮断することができる。
前述した本発明は、プログラム記録媒体にコンピュータ可読コードで実現することができる。コンピュータ可読媒体には、コンピュータシステムにより読み取り可能なデータが記録されるあらゆる種類の記憶装置が含まれる。コンピュータ可読媒体には、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Disk）、ＳＤＤ（Silicon Disk Drive）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記憶装置などが含まれ、かつ搬送波（例えば、インターネットによる送信）状に実現されるものも含まれる。
よって、前述した詳細な説明はあらゆる面で制限的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮されるべきである。本発明の範囲は請求の範囲の合理的解釈により定められるべきであり、本発明の等価的範囲内でのあらゆる変更が本発明に含まれる。

Claims (15)

  1. バッテリシステムと線路を接続するバッテリ保護装置（Battery Protection Unit, BPU）において、
    前記バッテリシステムと線路間に配置され、ゲート端子に印加されるゲート電圧に応じて、前記バッテリシステムと線路を電気的に接続又は絶縁する半導体スイッチを有する半導体回路遮断器と、
    前記半導体回路遮断器と線路を物理的に接続又は分離する遮断スイッチと、
    前記バッテリシステムが前記線路に接続されると、前記バッテリシステムと線路間に流れる電流を検知した結果に応じて、前記ゲート電圧を印加するゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁すると共に、前記遮断スイッチを制御し、前記半導体回路遮断器を物理的に前記線路から分離するラックバッテリ管理システム（Rack Battery Management System, RBMS）とを含むことを特徴とするバッテリ保護装置。
  2. 前記半導体回路遮断器は、
    前記バッテリシステムから前記線路への電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第１半導体スイッチと、
    前記第１半導体スイッチと直列に接続され、前記線路から前記バッテリシステムへの電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第２半導体スイッチと、
    前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第１半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第１ゲートドライバと、
    前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第２半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第２ゲートドライバとを含み、
    前記ラックバッテリ管理システムは、
    前記半導体回路遮断器を介して前記バッテリシステムが前記線路に物理的に接続されると、所定電圧を有するゲート電圧を印加するように前記第１及び第２ゲートドライバの少なくとも１つを制御し、前記バッテリシステムと線路を電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ保護装置。
  3. 前記ラックバッテリ管理システムは、
    前記バッテリシステムから電流が出力される放電モード、又は前記線路から前記バッテリシステムへ電流が供給される充電モードのいずれかで動作するように前記バッテリシステムを制御し、
    前記電流検知結果に応じて、前記所定電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第１及び第２ゲートドライバのいずれかのゲートドライバを制御し、
    前記電流検知結果に応じてゲート電圧が制御されるいずれかのゲートドライバは、
    前記バッテリシステムの動作モードによって異なることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ保護装置。
  4. 前記ラックバッテリ管理システムは、
    前記バッテリシステムが放電モードであれば、前記所定電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第１ゲートドライバを制御し、
    前記バッテリシステムが充電モードであれば、前記所定電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第２ゲートドライバを制御することを特徴とする請求項３に記載のバッテリ保護装置。
  5. 前記第１及び第２半導体スイッチは、
    ソース（source）端子とドレイン（drain）端子が互いに逆方向に配置されるＮ ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ素子からなり、
    前記Ｎ ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ素子の電流の流れとは逆方向に配置されるダイオードをそれぞれ含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ保護装置。
  6. 前記半導体回路遮断器は、
    前記バッテリシステムと線路間に流れる電流を検知する電流センサを含み、
    前記電流センサは、
    巨大磁気抵抗素子（Giant MagnetoResistance, GMR）を用いるＧＭＲセンサであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ保護装置。
  7. 前記バッテリシステムのプラス端（＋）及びマイナス端（－）は、それぞれヒューズを経由して前記半導体スイッチに接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ保護装置。
  8. 前記所定電圧は、
    前記第１半導体スイッチ又は第２半導体スイッチの入力端と出力端を導通させる閾値電圧であることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ保護装置。
  9. バッテリシステムと線路を接続する半導体回路遮断器を含むバッテリ保護装置（Battery Protection Unit, BPU）の制御方法において、
    前記バッテリ保護装置のラックバッテリ管理システム（Rack Battery Management System, RBMS）が前記半導体回路遮断器と線路間に配置される遮断スイッチを制御し、前記バッテリシステムと前記線路を物理的に接続するステップと、
    前記ラックバッテリ管理システムが前記半導体回路遮断器に備えられる半導体スイッチを制御し、前記バッテリシステムと前記線路を電気的に接続するステップと、
    前記ラックバッテリ管理システムが前記バッテリシステムと線路間に流れる電流から所定の大きさ以上の過電流を検出するステップと、
    前記ラックバッテリ管理システムが前記検出の結果に応じて前記半導体スイッチにゲート電圧を印加するゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁するステップと、
    前記ラックバッテリ管理システムが前記遮断スイッチを制御し、前記半導体回路遮断器を物理的に前記線路から分離するステップとを含むことを特徴とするバッテリ保護装置の制御方法。
  10. 前記半導体回路遮断器は、
    前記バッテリシステムから前記線路への電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第１半導体スイッチと、
    前記第１半導体スイッチと直列に接続され、前記線路から前記バッテリシステムへの電流の流れが形成されるようにソース端子とドレイン端子が配置される第２半導体スイッチと、
    前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第１半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第１ゲートドライバと、
    前記ラックバッテリ管理システムの制御により、前記第２半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する第２ゲートドライバとを含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ保護装置の制御方法。
  11. 前記バッテリシステムと前記線路を電気的に接続するステップは、
    前記バッテリシステムを放電モード又は充電モードのいずれかの動作モードで駆動するステップと、
    前記バッテリシステムの動作モードに応じて、所定の閾値電圧以上のゲート電圧を印加するように、前記第１及び第２ゲートドライバの少なくとも１つを制御するステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ保護装置の制御方法。
  12. 前記ゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁するステップは、
    前記バッテリシステムの動作モードに応じて、所定の閾値電圧未満のゲート電圧を印加するように、異なるゲートドライバを制御するステップであることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ保護装置の制御方法。
  13. 前記バッテリシステムの動作モードに応じて、異なるゲートドライバを制御するステップは、
    前記バッテリシステムが放電モードで駆動する場合、前記閾値電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第１ゲートドライバを制御するステップであり、
    前記バッテリシステムが充電モードで駆動する場合、前記閾値電圧未満のゲート電圧を印加するように前記第２ゲートドライバを制御するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリ保護装置の制御方法。
  14. 前記ゲートドライバを制御し、前記バッテリシステムと線路を絶縁するステップは、
    前記第１ゲートドライバと前記第２ゲートドライバの両方を制御し、所定の閾値電圧未満のゲート電圧を印加するようにするステップであることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ保護装置の制御方法。
  15. 前記半導体回路遮断器は、
    巨大磁気抵抗素子（Giant MagnetoResistance, GMR）を用いるＧＭＲセンサを電流センサとして含み、
    前記過電流を検出するステップは、
    前記ＧＭＲセンサにより前記バッテリシステムと線路間に流れる電流から前記過電流を検出するステップであることを特徴とする請求項９に記載のバッテリ保護装置の制御方法。
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JP3221868B2 (ja) * 1999-07-23 2001-10-22 松下電器産業株式会社 電池保護回路
JP3958269B2 (ja) * 2003-09-09 2007-08-15 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 復調装置およびこれを有するデータ記録装置
JP2006320078A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Sony Corp バッテリ保護装置及びバッテリ保護方法並びにバッテリ保護装置を有する電子機器
KR100749353B1 (ko) * 2006-04-21 2007-08-14 넥스콘 테크놀러지 주식회사 리튬이온 배터리팩의 보호회로
DE102009007969A1 (de) * 2009-02-06 2010-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Kurzschluss-Schutzvorrichtung und Schaltanlage mit derartigen Schutzvorrichtungen
JP2011254658A (ja) * 2010-06-03 2011-12-15 Mitsumi Electric Co Ltd バッテリ保護モジュール
TWI627808B (zh) * 2017-04-28 2018-06-21 廣達電腦股份有限公司 電池裝置及電池保護方法
KR102503796B1 (ko) * 2017-09-20 2023-02-23 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호 회로
JP2021043144A (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 株式会社デンソー 電池充放電制御システム

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